2025年大學(xué)《天文學(xué)》專業(yè)題庫——星團(tuán)內(nèi)恒星的演化過程考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分）1.下列哪種物理過程是恒星獲得能量的主要來源？A.引力勢(shì)能釋放B.恒星內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)C.恒星吸收外部環(huán)境的光輻射D.恒星內(nèi)部的放射性衰變2.恒星主序階段的主要核反應(yīng)是？A.碳氮氧循環(huán)B.質(zhì)子-質(zhì)子鏈反應(yīng)C.氫殼層燃燒D.重核聚變3.決定恒星在主序階段壽命長(zhǎng)短的主要因素是？A.恒星的顏色B.恒星的化學(xué)成分C.恒星的初始質(zhì)量D.恒星所處的星團(tuán)環(huán)境4.一顆恒星離開主序階段，向紅巨星（或紅超巨星）演化，意味著？A.恒星核心的氫已經(jīng)完全消耗B.恒星核心的引力收縮停止C.恒星外層物質(zhì)膨脹，表面溫度下降D.恒星的核反應(yīng)速率突然停止5.與小質(zhì)量恒星相比，大質(zhì)量恒星演化的顯著特點(diǎn)是？A.主序階段持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)B.核反應(yīng)僅限于核心區(qū)域C.晚期會(huì)經(jīng)歷劇烈的超新星爆發(fā)D.最終會(huì)形成質(zhì)量較大的白矮星6.白矮星存在的關(guān)鍵限制條件是？A.核反應(yīng)速率過快B.輻射壓過大C.錢德拉塞卡極限D(zhuǎn).質(zhì)量損失過甚7.在赫羅圖上，主序帶大致反映了什么關(guān)系？A.恒星溫度與密度的關(guān)系B.恒星光度與半徑的關(guān)系C.恒星光譜類型與亮度的關(guān)系D.恒星質(zhì)量與核反應(yīng)類型的關(guān)系8.所謂的“主序.turn-off”點(diǎn)在赫羅圖上的意義是？A.最年青的恒星所在的區(qū)域B.星團(tuán)中質(zhì)量最大的恒星所在的區(qū)域C.星團(tuán)中剩余的主序星中最晚演化到的恒星所在的位置D.紅巨星開始形成的轉(zhuǎn)折點(diǎn)9.導(dǎo)致大質(zhì)量恒星核心最終塌縮形成中子星或黑洞的主要力量是？A.核聚變產(chǎn)生的巨大能量B.恒星風(fēng)的持續(xù)吹拂C.核心物質(zhì)超過錢德拉塞卡極限或奧本海默極限時(shí)的引力D.恒星外部輻射壓的急劇增強(qiáng)10.疏散星團(tuán)與疏散星團(tuán)相比，其主要區(qū)別在于？A.恒星的總質(zhì)量B.恒星的年齡C.恒星的初始質(zhì)量分布范圍d.恒星的空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)二、填空題（每空1分，共15分）1.恒星形成的主要場(chǎng)所是__________________，其核心條件是__________________。2.恒星生命周期的長(zhǎng)短主要取決于其__________________，質(zhì)量越大的恒星，其主序壽命通常__________________。3.恒星在主序階段，通過核心的__________________反應(yīng)將氫聚變?yōu)楹?，并釋放能量?.當(dāng)小質(zhì)量恒星核心氫耗盡后，核心會(huì)收縮升溫，外層受熱膨脹，使其成為__________________。5.大質(zhì)量恒星在紅超巨星階段后期，核心會(huì)合成直到__________________元素，最終核心會(huì)失去輻射壓支持而塌縮。6.赫羅圖是表示恒星__________________和__________________之間關(guān)系的圖表。7.觀測(cè)到一個(gè)星團(tuán)中存在從主序星到紅巨星（或紅超巨星）的完整序列，但沒有白矮星，這表明該星團(tuán)的年齡大約為__________________。8.恒星質(zhì)量損失可以通過__________________、__________________等方式發(fā)生，這對(duì)大質(zhì)量恒星的演化路徑有重要影響。三、判斷題（每題1分，共10分）1.所有的恒星最終都會(huì)演變成黑洞。（）2.恒星內(nèi)部的核反應(yīng)必須克服質(zhì)子間的庫侖斥力。（）3.紅矮星和紅巨星都屬于紅巨星族，只是規(guī)模不同。（）4.白矮星雖然密度極高，但其內(nèi)部已經(jīng)停止了核反應(yīng)。（）5.質(zhì)子-質(zhì)子鏈反應(yīng)是太陽等低質(zhì)量恒星內(nèi)部的主要核反應(yīng)。（）6.恒星的光譜類型與其表面溫度直接相關(guān)，O型星比M型星溫度高。（）7.疏散星團(tuán)中的恒星由于互相引力作用較弱，預(yù)計(jì)可以維持其形態(tài)數(shù)十億年。（）8.超新星爆發(fā)是恒星生命終結(jié)的一種方式，它可以將重元素散布到宇宙空間中。（）9.恒星的核合成產(chǎn)物僅限于其自身核心區(qū)域，不會(huì)擴(kuò)散到星團(tuán)內(nèi)。（）10.主序星是指位于赫羅圖主序帶上的任何恒星，無論其質(zhì)量大小。（）四、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述恒星從星云坍縮形成的過程。2.比較小質(zhì)量恒星（<8M☉）和大質(zhì)量恒星（>8M☉）在主序階段的主要區(qū)別。3.解釋什么是赫羅圖，并說明其在研究恒星演化中的作用。4.簡(jiǎn)述超新星爆發(fā)的可能機(jī)制及其重要性。五、論述題（每題10分，共20分）1.詳細(xì)闡述大質(zhì)量恒星從形成到最終命運(yùn)（中子星或黑洞）的演化過程，并說明每個(gè)階段的關(guān)鍵物理特征和轉(zhuǎn)變?cè)颉?.結(jié)合星團(tuán)觀測(cè)實(shí)例，論述研究星團(tuán)內(nèi)不同質(zhì)量恒星演化過程的意義，并說明如何利用主序.turn-off點(diǎn)來確定星團(tuán)年齡。試卷答案一、選擇題1.B2.B3.C4.C5.C6.C7.B8.C9.C10.B二、填空題1.分子云（或分子云核心）；引力足夠強(qiáng)以克服氣體熱運(yùn)動(dòng)2.初始質(zhì)量；越短3.核聚變（或氫核聚變）4.紅巨星（或紅超巨星）5.鐵6.光度；溫度7.主序.turn-off的恒星的年齡8.恒星風(fēng)；質(zhì)量損失星風(fēng)（或星風(fēng)）三、判斷題1.×2.√3.×4.√5.√6.√7.×8.√9.×10.×四、簡(jiǎn)答題1.簡(jiǎn)述恒星從星云坍縮形成的過程。解析思路：從宏觀條件（引力不穩(wěn)定）到微觀過程（核心形成、吸積、核反應(yīng)啟動(dòng)），描述關(guān)鍵階段。答案要點(diǎn)：分子云在自身引力作用下或在觸發(fā)因素（如附近超新星沖擊波）作用下開始坍縮，中心區(qū)域密度和溫度升高，形成原恒星核心。核心繼續(xù)吸積周圍物質(zhì)，溫度和壓力急劇增加，當(dāng)核心溫度達(dá)到數(shù)百萬開爾文時(shí)，核聚變（質(zhì)子-質(zhì)子鏈或碳氮氧循環(huán)）開始啟動(dòng)，產(chǎn)生的向外輻射壓與向內(nèi)的引力達(dá)到平衡，原恒星進(jìn)入主序階段，正式成為一顆恒星。2.比較小質(zhì)量恒星（<8M☉）和大質(zhì)量恒星（>8M☉）在主序階段的主要區(qū)別。解析思路：從能量來源、核心條件、光度、半徑、表面溫度、主序壽命等維度進(jìn)行對(duì)比。答案要點(diǎn)：小質(zhì)量恒星主要經(jīng)歷質(zhì)子-質(zhì)子鏈反應(yīng)，核心溫度壓力較低，體積較大，表面溫度較低，光度較小，主序壽命極長(zhǎng)（可達(dá)百億年）；大質(zhì)量恒星主要經(jīng)歷碳氮氧循環(huán)，核心溫度壓力極高，體積相對(duì)較小，表面溫度極高，光度極大，主序壽命相對(duì)很短（可能只有幾百萬到幾千萬年）。3.解釋什么是赫羅圖，并說明其在研究恒星演化中的作用。解析思路：定義赫羅圖（坐標(biāo)軸含義），闡述其作為工具如何幫助可視化恒星特性和追蹤演化。答案要點(diǎn)：赫羅圖（Hertzsprung-RussellDiagram）是繪制恒星光度（或絕對(duì)星等）與表面溫度（或光譜型）關(guān)系的圖表。它清晰地展示了不同類型恒星的空間分布，形成了主序帶、紅巨星支/超巨星支、白矮星區(qū)等特征區(qū)域。通過赫羅圖，可以識(shí)別恒星的類型，比較不同恒星的狀態(tài)，更重要的是，可以追蹤恒星在生命周期中移動(dòng)的演化路徑，理解其物理性質(zhì)的變化規(guī)律。4.簡(jiǎn)述超新星爆發(fā)的可能機(jī)制及其重要性。解析思路：介紹兩種主要機(jī)制（核心坍縮型、熱核爆炸型），并說明超新星爆發(fā)對(duì)宇宙的意義。答案要點(diǎn)：超新星爆發(fā)機(jī)制主要有兩種：對(duì)于大質(zhì)量恒星，核心在鐵核形成后失去能量來源，在引力作用下災(zāi)難性坍縮，形成中子星或黑洞，同時(shí)沖擊波向外傳播并加熱外層物質(zhì)，引發(fā)熱核爆炸（核心坍縮型超新星，如類型II、Ib、Ic）；對(duì)于中等質(zhì)量恒星，如果處于星團(tuán)中并遭遇伴星，通過物質(zhì)轉(zhuǎn)移導(dǎo)致核心快速增重并發(fā)生熱核爆炸（熱核爆炸型超新星，如類型Ia）。超新星爆發(fā)是宇宙中合成并散播比鐵更重元素的主要途徑，其巨大的能量和物質(zhì)拋射對(duì)星際介質(zhì)、行星形成乃至星系演化都具有重要影響。五、論述題1.詳細(xì)闡述大質(zhì)量恒星從形成到最終命運(yùn)（中子星或黑洞）的演化過程，并說明每個(gè)階段的關(guān)鍵物理特征和轉(zhuǎn)變?cè)?。解析思路：按照時(shí)間順序，分階段描述演化歷程（主序、紅超巨星、核心坍縮、爆發(fā)/殘留），并解釋每個(gè)階段的核物理和流體力學(xué)特征以及驅(qū)動(dòng)其轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵因素。答案要點(diǎn)：*形成階段：通過分子云引力坍縮形成，初始質(zhì)量遠(yuǎn)大于太陽。*主序階段：核心主要進(jìn)行碳氮氧循環(huán)（CNO循環(huán)）將氫聚變?yōu)楹?，釋放巨大能量，處于核心的引力與內(nèi)部輻射壓平衡狀態(tài)，位于赫羅圖主序帶的高端。此階段相對(duì)短暫。*紅超巨星階段：核心氫耗盡后，外層包層開始?xì)尤紵?、氦等），核心收縮增溫，當(dāng)核心溫度足夠高時(shí)開始聚變更重元素（氦、碳、氧…直至硅、鐵）。核心引力持續(xù)增大，外層物質(zhì)受熱膨脹，恒星體積急劇增大，表面溫度下降，呈現(xiàn)紅色，成為紅超巨星。此時(shí)恒星風(fēng)非常強(qiáng)烈，導(dǎo)致顯著的質(zhì)量損失。*核心坍縮階段：當(dāng)核心物質(zhì)合成鐵元素時(shí)，由于鐵核結(jié)合能最大，聚變停止不再釋放能量。核心依靠電子簡(jiǎn)并壓支撐。若核心質(zhì)量超過錢德拉塞卡極限（約1.4M☉），電子簡(jiǎn)并壓無法抵抗引力，核心將發(fā)生災(zāi)難性的引力坍縮。*最終命運(yùn)階段：核心坍縮時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊波向外傳播，同時(shí)可能伴隨中微子暴。沖擊波將坍縮核心外層物質(zhì)猛烈炸飛，形成極其明亮的超新星爆發(fā)（類型II、Ib、Ic）。對(duì)于坍縮形成的核心：*如果質(zhì)量在奧本海默極限（約3M☉）以下，沖擊波足以將其全部吹散，最終留下一個(gè)致密的白矮星。*如果質(zhì)量超過奧本海默極限，沖擊波無法壓碎核心，核心將繼續(xù)坍縮，最終形成密度極高的中子星（由中子簡(jiǎn)并壓支撐）。*如果核心質(zhì)量極大（遠(yuǎn)超奧本海默極限），中子簡(jiǎn)并壓也無法阻止引力坍縮，最終會(huì)形成不具量子力學(xué)效應(yīng)支撐的黑洞。2.結(jié)合星團(tuán)觀測(cè)實(shí)例，論述研究星團(tuán)內(nèi)不同質(zhì)量恒星演化過程的意義，并說明如何利用主序.turn-off點(diǎn)來確定星團(tuán)年齡。解析思路：首先強(qiáng)調(diào)星團(tuán)作為“時(shí)間盒子”的優(yōu)勢(shì)，說明研究其內(nèi)不同演化階段恒星的意義。然后具體解釋主序.turn-off點(diǎn)的定義、位置及其與年齡的直接關(guān)系。答案要點(diǎn)：*研究意義：星團(tuán)中的所有恒星大致在同一時(shí)間形成，具有相似的初始化學(xué)成分和相同的年齡。通過觀測(cè)星團(tuán)中處于不同演化階段的恒星（如主序星、紅巨星、白矮星等），可以直接了解不同初始質(zhì)量恒星從誕生到演化的完整生命歷程。這有助于驗(yàn)證恒星演化理論，區(qū)分不同質(zhì)量恒星演化的物理機(jī)制差異，理解元素合成與分布的規(guī)律，以及星團(tuán)自身的動(dòng)力學(xué)和演化歷史。*利用主序.turn-off點(diǎn)確定年齡：在赫羅圖上，主序星構(gòu)成一條清晰的序列帶。隨著星團(tuán)年齡增長(zhǎng)，質(zhì)量較大的恒星消耗核心氫的速度更快，會(huì)率先離開主序階段，演變成紅巨星或紅超巨星。當(dāng)星團(tuán)中最后一個(gè)（質(zhì)量最?。┤栽谥餍蛉紵暮阈浅霈F(xiàn)時(shí)，所有比它質(zhì)量大的恒星